(57)【要約】【課題】化学量論的ＥＧＲシステムの抽出圧力及び温度を制御する方法及びシステムを提供すること。【解決手段】本発明は、比較的高濃度の望ましいガスを含み化τ実質的に無酸素の排気流を生じるシステム及び方法を提供する。この望ましいガスは、限定ではないが、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素（Ｎ2）又はアルゴンを含む。本発明はまた、排気流の物理的特性を制御する方法を提供する。【選択図】      図１
2013221500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
ａｃ＿入口及びａｃ＿出口を含む酸化剤圧縮機と、
圧縮機入口及び圧縮機出口を含み、酸化剤圧縮機とは独立して動作する圧縮機と、
作動流体を動作可能に生成し、ヘッド端部及び吐出端部を有する少なくとも１つの燃焼システムと
を備え、ヘッド端部が空気流導管及び圧縮機出口に流体接続され、少なくとも１つの燃焼システムが第１の燃料供給部に接続され、
システムがさらに、
圧縮機に動作可能に接続され、少なくとも１つの燃焼システムから作動流体を受け取るＰＴ＿入口と、作動流体を吐出するＰＴ＿出口とを含む、１次タービンセクションと、
排気セクションの吐出部と圧縮機入口との間に流体接続され、圧縮機入口が排気セクションから流出する作動流体を吸い込み、作動流体の物理的特性を調整する制御装置を含む排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムと、
作動流体の一部を取り出す抽出部と
を備え、制御装置及び圧縮機が、抽出部を通って流れる作動流体の圧力を決定するようにして連携して作動する、システム。
【請求項２】
抽出部に近接した燃焼システムが、実質的に化学量論的動作条件で作動する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
制御装置が、中間冷却器、圧縮機又は熱交換器のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
抽出部が、圧縮機内、少なくとも１つの燃焼システム、１次タービンセクション又は２次タービンセクションのうちの少なくとも１つに流体接続される、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
１次タービンセクションの下流側に流体接続された２次燃焼システムをさらに備え、２次燃焼システムが、第１の燃料供給部、第２の燃料供給部又はこれらの組合せから燃料を受け取る、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
２次燃焼システムの下流側で且つ排気セクションの上流側に接続された２次タービンセクションをさらに備える、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
抽出部が、制御装置の下流側の位置においてＥＧＲシステムに流体接続される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
抽出部が、制御装置又はその上流側位置においてＥＧＲシステムに流体接続される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
ＥＧＲシステムが、ＥＧＲ圧縮機と、該ＥＧＲ圧縮機と圧縮機入口との間に配置された中間冷却器とを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
制御装置及び圧縮機が、抽出部を通って流れる作動流体の温度を決定するようにして連携して作動する、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
ＰＴ＿出口に流体接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）をさらに備え、該ＨＲＳＧが、作動流体からの熱を動作可能に除去し、該作動流体をＥＧＲシステムに吐出する、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
ＰＴ＿出口に流体接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）をさらに備え、該ＨＲＳＧが、作動流体からの熱を動作可能に除去し、該作動流体をＥＧＲシステムに吐出する、請求項６記載のシステム。
【請求項１３】
システムであって、
ａｃ＿入口及びａｃ＿出口を含む酸化剤圧縮機と、
圧縮機入口及び圧縮機出口を含み、酸化剤圧縮機とは独立して動作する圧縮機と、
作動流体を動作可能に生成し、ヘッド端部及び吐出端部を有する少なくとも１つの燃焼システムと
を備え、ヘッド端部が空気流導管及び圧縮機出口に流体接続され、少なくとも１つの燃焼システムが第１の燃料供給部に接続され、
システムがさらに、
圧縮機に動作可能に接続され、少なくとも１つの燃焼システムから作動流体を受け取るＰＴ＿入口と、作動流体を吐出するＰＴ＿出口とを含む、１次タービンセクションと、
排気セクションの吐出部と圧縮機入口との間に流体接続され、圧縮機入口が排気セクションから流出する作動流体を吸い込み、作動流体の物理的特性を調整する制御装置を含む排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムと、
作動流体の一部を取り出す抽出システムと
を備え、制御装置及び圧縮機が、抽出部を通って流れる作動流体の温度を決定するようにして連携して作動する、システム。
【請求項１４】
抽出部に近接した燃焼システムが、実質的に化学量論的動作条件で作動する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
制御装置が、中間冷却器、圧縮機又は熱交換器のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
抽出部が、圧縮機内、少なくとも１つの燃焼システム、１次タービンセクション又は２次タービンセクションのうちの少なくとも１つに流体接続される、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
１次タービンセクションの下流側に流体接続された２次燃焼システムをさらに備え、２次燃焼システムが、第１の燃料供給部、第２の燃料供給部又はこれらの組合せから燃料を受け取る、請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
２次燃焼システムの下流側で且つ排気セクションの上流側に接続された２次タービンセクションをさらに備える、請求項１３記載のシステム。
【請求項１９】
抽出部が、制御装置の下流側の位置においてＥＧＲシステムに流体接続される、請求項１３記載のシステム。
【請求項２０】
抽出部が、制御装置又はその上流側位置においてＥＧＲシステムに流体接続される、請求項１３記載のシステム。
【請求項２１】
ＥＧＲシステムが、ＥＧＲ圧縮機と、該ＥＧＲ圧縮機と圧縮機入口との間に配置された中間冷却器とを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項２２】
制御装置及び圧縮機が、抽出部を通って流れる作動流体の圧力を決定するようにして連携して作動する、請求項１３記載のシステム。
【請求項２３】
ＰＴ＿出口に流体接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）をさらに備え、該ＨＲＳＧが、作動流体からの熱を動作可能に除去し、該作動流体をＥＧＲシステムに吐出する、請求項１３記載のシステム。
【請求項２４】
システムであって、
ａｃ＿入口及びａｃ＿出口を含む酸化剤圧縮機と、
圧縮機入口及び圧縮機出口を含み、酸化剤圧縮機とは独立して動作する圧縮機と、
作動流体を動作可能に生成し、ヘッド端部及び吐出端部を有する少なくとも１つの燃焼システムと
を備え、ヘッド端部が空気流導管及び圧縮機出口に流体接続され、少なくとも１つの燃焼システムが第１の燃料供給部に接続され、
システムがさらに、
圧縮機に動作可能に接続され、少なくとも１つの燃焼システムから作動流体を受け取るＰＴ＿入口と、作動流体を吐出するＰＴ＿出口とを含む、１次タービンセクションと、
排気セクションの吐出部と圧縮機入口との間に流体接続され、圧縮機入口が排気セクションから流出する作動流体を吸い込み、作動流体の物理的特性を調整する制御装置を含む排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムと、
作動流体の一部を取り出す抽出システムと
を備え、制御装置及び圧縮機が、抽出部を通って流れる作動流体の温度及び圧力を決定するようにして連携して作動する、システム。
【請求項２５】
吸い込んだ酸化剤を加圧するよう酸化剤圧縮機を作動させるステップと、
酸化剤圧縮機の作動とは独立して、作動流体を加圧するよう圧縮機を作動させるステップと、
酸化剤圧縮機から生成された加圧酸化剤及び圧縮機から生成された加圧作動流体を１次燃焼システムに通過させるステップと、
１次燃焼システムに燃料を送給し、燃料、加圧空気流及び加圧作動流体の混合気を動作可能に燃焼させるステップと、
１次燃焼システムからの作動流体を１次タービンセクションに通過させるステップと、
排気セクションから流出する作動流体を再循環させて圧縮機の入口に流入させるようＥＧＲシステムを作動させるステップであって、作動流体の物理的特性を調整する制御装置を備えるＥＧＲシステムを作動させるステップと、
ほぼ無酸素の作動流体の一部を抽出し、１次燃焼システムを実質的に化学量論的に作動させるようにするステップと、
抽出部を通って流れる作動流体の圧力を決定するように制御装置及び圧縮機を作動させるステップと
を含み、方法によって、実質的に無酸素の所望のガスの流れを生じるようにする、方法。
【請求項２６】
制御装置が、中間冷却器、ＥＧＲ圧縮機又は熱交換器のうちの少なくとも１つを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
１次タービンセクションの下流側に流体接続された２次燃焼システムをさらに備え、２次燃焼システムが、第２の燃料供給部から燃料を受け取る、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
２次燃焼システムの下流側で且つ排気セクションの上流側に接続された２次タービンセクションをさらに備える、請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
圧縮機にわたって圧力比を能動的に変化させ、抽出部を通って流れる作動流体の所望の圧力を生成するステップをさらに含む、請求項２５記載の方法。
【請求項３０】
圧縮機及び制御装置にわたって圧力比を能動的に変化させ、抽出部を通って流れる作動流体の所望の圧力を生成するステップをさらに含む、請求項２５記載の方法。
【請求項３１】
ＥＧＲシステムが、ＥＧＲ圧縮機と、圧縮機と圧縮機入口との間に配置された中間冷却器とを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項３２】
作動流体の温度を下げるように中間冷却器を制御するステップをさらに含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
圧縮機及びブースタ圧縮機にわたる圧力比を能動的に変化させ、抽出部を通って流れる作動流体の所望の圧力を生成するようにするステップと、
作動流体の温度を下げるように中間冷却器を制御するステップと
をさらに含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
吸い込んだ酸化剤を加圧するよう酸化剤圧縮機を作動させるステップと、
酸化剤圧縮機の作動とは独立して、作動流体を加圧するよう圧縮機を作動させるステップと、
酸化剤圧縮機から生成された加圧酸化剤及び圧縮機から生成された加圧作動流体を１次燃焼システムに通過させるステップと、
１次燃焼システムに燃料を送給し、燃料、加圧空気流及び加圧作動流体の混合気を動作可能に燃焼させるステップと、
１次燃焼システムからの作動流体を１次タービンセクションに通過させるステップと、
排気セクションから流出する作動流体を再循環させて圧縮機の入口に流入させるようＥＧＲシステムを作動させるステップであって、作動流体の物理的特性を調整する制御装置を備えるＥＧＲシステムを作動させるステップと、
ほぼ無酸素の作動流体の一部を抽出し、１次燃焼システムを非化学量論的に作動させるようにするステップと、
抽出部を通って流れる作動流体のパラメータを決定するように制御装置及び圧縮機を作動させるステップと
を含み、方法によって、実質的に無酸素の所望のガスの流れを生じるようにする、方法。
【請求項３５】
１次タービンセクションの下流側に流体接続された２次燃焼システムをさらに備え、２次燃焼システムが、第２の燃料供給部から燃料を受け取る、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
２次燃焼システムの下流側で且つ排気セクションの上流側に接続された２次タービンセクションをさらに備える、請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
パラメータが、圧力、温度、湿度又は他の物理的特性のうちの少なくとも１つを含む、請求項３４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に、燃焼サイクル発電プラントに関し、より詳細には、化学量論的排気ガス再循環（Ｓ−ＥＧＲ）を導入したターボ機械を作動させるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気を吸い込むターボ機械において、加圧空気と燃料が混合され燃焼されて、高エネルギー流体（以下、「作動流体」と呼ぶ）を生成し、これがタービンセクションに配向される。作動流体は、タービンバケットと相互作用して機械的エネルギーを生成し、これが負荷に伝達される。詳細には、タービンバケットは、発電機などの負荷に結合されたシャフトを回転させる。シャフトの回転により、外部の電気回路に電気的に結合されたコイルに電流が誘導される。ターボ機械が複合サイクル発電プラントの一部である場合、タービンセクションから流出する高エネルギー流体は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に配向され、ここで作動流体からの熱が水に伝達されて蒸気を生成する。
【０００３】
燃焼プロセスは、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）などの望ましくないエミッション及び／又は汚染物質を生成する。環境及び／又は法規制上の理由から、これらの汚染物質の低減が必要とされている。排気ガス再循環（ＥＧＲ）プロセスは、これらの汚染物質を低減するのを助ける。
【０００４】
Ｓ−ＥＧＲは、燃焼プロセスが供給酸化剤を消費するＥＧＲの一形態である。酸化剤は、例えば、空気又は酸素源を含むことができる。Ｓ−ＥＧＲシステムでは、モル基準で完全燃焼を達成するために十分な酸化剤だけが燃焼システムに供給される。Ｓ−ＥＧＲプロセスは、所望の比較的高濃度のガスを含み且つ実質的に無酸素の排気流を生じるよう構成される。この所望のガスには、限定ではないが、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素（Ｎ2）又はアルゴンが挙げられる。著しいことに、第三者プロセスに供給され使用することができる、比較的高濃度の所望のガスを備えた排気流を生成することができるＳ−ＥＧＲシステム及び方法に対する要求がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７９５０２４０号明細書
【発明の概要】
【０００６】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある特定の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００７】
本発明の第１の実施形態では、システムは、ａｃ＿入口及びａｃ＿出口を含む酸化剤圧縮機と、圧縮機入口及び圧縮機出口を含み、酸化剤圧縮機とは独立して動作する圧縮機と、作動流体を動作可能に生成し、ヘッド端部及び吐出端部を有する少なくとも１つの燃焼システムとを備え、ヘッド端部が空気流導管及び圧縮機出口に流体接続され、少なくとも１つの燃焼システムが第１の燃料供給部に接続され、本システムがさらに、圧縮機に動作可能に接続され、少なくとも１つの燃焼システムから作動流体を受け取るＰＴ＿入口と、作動流体を吐出するＰＴ＿出口とを含む、１次タービンセクションと、排気セクションの吐出部と圧縮機入口との間に流体接続され、圧縮機入口が排気セクションから流出する作動流体を吸い込み、作動流体の物理的特性を調整する制御装置を含む排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムと、作動流体の一部を取り出す抽出部とを備え、制御装置及び圧縮機が抽出部を通って流れる作動流体の圧力を決定するようにして連携して作動する。
【０００８】
本発明の第２の実施形態では、方法は、吸い込んだ酸化剤を加圧するよう酸化剤圧縮機を作動させるステップと、酸化剤圧縮機の作動とは独立して、作動流体を加圧するよう圧縮機を作動させるステップと、酸化剤圧縮機から生成された加圧酸化剤及び圧縮機から生成された加圧作動流体を１次燃焼システムに通過させるステップと、１次燃焼システムに燃料を送給し、燃料、加圧酸化剤及び加圧作動流体の混合気を動作可能に燃焼させるステップと、１次燃焼システムからの作動流体を１次タービンセクションに通過させるステップと、排気セクションから流出する作動流体を再循環させて圧縮機の入口に流入させるようＥＧＲシステムを作動させるステップとを含み、ＥＧＲシステムが、作動流体の物理的特性を調整する制御装置を備え、本方法がさらに、ほぼ無酸素の作動流体の一部を抽出し、１次燃焼システムを実質的に化学量論的に作動させるようにするステップと、抽出部を通って流れる作動流体の圧力を決定するように制御装置及び圧縮機を作動させるステップとを含み、本方法によって実質的に無酸素の所望のガスの流れを生じるようにする。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとさらに理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動している標準的ガスタービンの簡易概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動している再熱ガスタービンの簡易概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動している標準的ガスタービンの簡易概略図。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動している再熱ガスタービンの簡易概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。その上、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１２】
詳細な例示的実施形態が本明細書で開示される。但し、本明細書に開示した特定の構造的且つ機能的詳細は、単に例示的実施形態を説明する目的で示したに過ぎない。しかしながら、例示的な実施形態は、多くの別の形態として具現化することができ、本明細書に記載した実施形態のみに限定されるものと解釈すべきではない。
【００１３】
従って、例示的な実施形態は、種々の修正及び代替形態が可能であるが、この実施形態は、図面において例証として示されており、本明細書において詳細に説明する。しかしながら、開示した特定の形態に例示的な実施形態を限定する意図はなく、逆に例示的な実施形態は、該例示的な実施形態の技術的範囲内にある全ての変形形態、均等形態及び代替形態を保護すべきである点は理解されたい。
【００１４】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。本明細書内で使用する場合に、用語「備える」、「備えている」及び／又は「含む」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではない。
【００１５】
第１、第２、１次、２次、その他の用語は、本明細書で様々な要素を説明するのに用いることができるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、単に、ある要素を別の要素と区別するのに使用される。例えば、限定ではないが、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は、第２の要素と呼ぶことができ、同様に第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される用語「及び／又は」とは、関連する記載品目の１以上の何れか及び全ての組合せを含む。
【００１６】
本明細書では、読み手の便宜上のために特定の専門用語を用いる場合があるが、これは、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「頂部」、「底部」、「水平方向」、「垂直方向」、「上流」、「下流」、「前方」、「後方」などの用語は、図に示す構成を単に記述しているに過ぎない。実際に、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、あらゆる方向に配向することができ、従って、特に明記しない限り、この用語は、このような変形形態を含むものとして理解されたい。
【００１７】
本発明の実施形態は、実質的に無酸素のＣＯ2の流れを生成するシステム及び方法を提供する。ここでＣＯ2は、コスト効果のある方式でＮ2から分離することができる。
【００１８】
本発明は、様々な空気を吸い込むターボ機械に適用することができる。これは、限定ではないが、高出力ガスタービン、航空機転用ガスタービンなどを含むことができる。以下の検討は、図１〜図４に示すガスタービンに関連しているが、本発明の実施形態は、異なる構成を有するガスタービンに適用することができる。例えば、限定ではないが、本発明は、図１〜図４に示すものとは異なる構成要素又は追加の構成要素を備えたガスタービンに適用することができる。
【００１９】
本発明の実施形態は、限定ではないが、化学量論的条件又は非化学量論的条件下での複合サイクル発電運転に適用することができる。
【００２０】
化学量論的条件は、完全燃焼又は実質的に完全燃焼を促進するため、例えば、酸素などの酸化剤のみを十分に備えた燃焼プロセスでの作動と考えることができる。完全燃焼は、炭化水素系燃料と酸素を燃焼させて、１次副生成物として二酸化炭素と水を生じる。多くの要因が完全燃焼を生じるかどうかに影響を及ぼすことができる。これらの要因は、限定ではないが、燃料分子に近接した酸素、振動、力学的事象、衝撃波、その他を含むことができる。一酸化炭素形成ではなく二酸化炭素形成を促進するために、通常は、供給燃料と共に追加の酸素を送給し完全燃焼反応を促進させる。
【００２１】
非化学量論的条件は、燃焼プロセスに必要とされる酸化剤がより多いか又はより少ない状態での燃焼システムの作動と考えることができる。非化学量論的条件は、標準的燃焼システム又は非Ｓ−ＥＧＲシステムでは一般的である。
【００２２】
本明細書で使用される場合の「作動流体」は、燃焼プロセスの結果として得られるものと考えることができる。本発明の実施形態は、特定の組成又は物理的特性を有する作動流体に限定されない。逆に、作動流体の組成及び／又は物理的特性は、本明細書で記載される種々の構成要素、システム及び／又は構造を流れる間に変化する場合がある。
【００２３】
ここで複数の図面を通じて種々の参照符号が同様の構成要素を示す図面を参照すると、図１は、本発明の第１の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動している標準的ガスタービン１０５の簡易概略図である。
【００２４】
図１において、サイト１００は、熱回収蒸気発生器１１０に動作可能に接続されたガスタービン１０５と、負荷１１５と、抽出部２１０とを含む。ガスタービン１０５は、圧縮機入口１２１及び圧縮機出口１２３を有するＧＴ圧縮機１２０を含むことができる。ＧＴ圧縮機１２０は、ＥＧＲシステム２４０から受け取られる作動流体を吸い込み、該作動流体を加圧し、圧縮機出口１２３を通じて加圧した作動流体を吐出する。ガスタービン１０５は、ａｃ＿入口１５７を通じて酸化剤（以下では周囲空気と呼ばれる）を吸い込んでこれを加圧し、ａｃ＿出口１５９を通じて加圧された空気を吐出する酸化剤圧縮機１５５を含むことができる。酸化剤圧縮機１５５は、空気流導管１６５を通じて加圧された空気流を１次燃焼システム１３０に送給することができ、該空気流導管１６５は、通気導管１７５、通気バルブ１８０、ブースタ圧縮機１６０及び遮断バルブ１７０を含むことができ、これら構成要素の各々は、必要に応じて動作することができる。
【００２５】
本発明の実施形態では、ＧＴ圧縮機１２０は、酸化剤圧縮機１５５とは独立して個別に動作する。ガスタービン１０５はまた、ヘッド端部を通じて受け取る１次燃焼システム１３０、すなわち、ＧＴ圧縮機出口１２３からの加圧された作動流体と、第１の燃料導管１９０及び第１の燃料バルブ１９５を有する供給燃料１８５と、空気流導管１６５からの加圧された周囲空気とを含む。１次燃焼システム１３０は、実質的に無酸素とすることができる作動流体を生成するこれらの流体を燃焼させる。作動流体は、吐出端部を通じて１次燃焼システム１３０から流出する。
【００２６】
本発明の実施形態による燃料供給部１８５は、単一供給源から１次燃焼システム１３０に送給する燃料を提供することができる。或いは、燃料供給部１８５は、第１の燃料源から１次燃焼システム１３０に送給する燃料と、第２の燃料源から１次燃焼システム１３０に送給する燃料とを提供することができる。
【００２７】
ガスタービン１０５の実施形態はまた、ＰＴ＿入口１３７を有する１次タービンセクション１３５を含み、ＰＴ＿入口１３７は、該ＰＴ＿入口１３７が流体接続される１次燃焼システム１３０から作動流体の一部を受け取る。１次タービンセクション１３５は、ロータ１２５に隣接して軸方向に交互に設置された回転構成要素と固定構成要素とを含むことができる。１次タービンセクション１３５は、作動流体を機械的トルクに変換し、該機械的トルクが負荷（発電機、ポンプ、圧縮機、その他）を駆動する。次いで、１次タービンセクション１３５は、ＰＴ＿出口１３９を通って排気セクション１５０に、次いでＨＲＳＧ１１０に作動流体を吐出することができ、ＨＲＳＧ１１０は、作動流体からの熱を水に動作可能に伝達して蒸気を生成する。
【００２８】
ＥＧＲシステム２４０は、ＨＲＳＧ１１０から流出する作動流体をＧＴ圧縮機１２０に動作可能に戻す。ＥＧＲシステム２４０は、ＨＲＳＧ１１０により吐出される作動流体を受け取り、該ＨＲＳＧ１１０は、ＥＧＲシステム２４０の受け取り側又は上流側端部に流体接続されている。ＥＧＲシステム２４０の吐出端部は、上述のように、ＧＴ圧縮機１２０の入口に流体接続することができる。ここでＧＴ圧縮機１２０は、作動流体を吸い込む。
【００２９】
ＥＧＲシステム２４０の一実施形態は、作動流体の物理的特性を動作可能に調整する制御装置を備える。例えば、限定ではないが、制御装置は、熱交換器２４５、ＥＧＲ圧縮機２５０及び／又は中間冷却器２６５の形態を含むことができる。以下で検討するように、ＥＧＲシステムの実施形態は、複数の制御装置を含むことができる。ＥＧＲ圧縮機２５０はまた、パージされる流体を吐出部２７０を介して大気に放出することができるパージプロセスを可能にするＥＧＲダンパー２３５を含むことができる。
【００３０】
抽出部２１０は、第三者プロセスが使用するため作動流体の一部を動作可能に除去する。抽出部２１０は、抽出遮断バルブ２１５、再循環導管２２０及び再循環バルブ２２５を含む回路と一体化することができる。抽出された作動流体は、実質的に無酸素の望ましいガスであり、多くの第三者プロセスで有用とすることができる。上述のように、この望ましいガスは、限定ではないが、ＣＯ2、Ｎ2又はアルゴンを含むことができる。非限定的な実施例において、作動流体の最大１００％が抽出部２１０を通って第三者プロセスに流れることができる。
【００３１】
本明細書で説明されるように、抽出部２１０のすぐ近隣にある燃焼システム１３０は、実質的に化学量論的動作モードで作動することができる。
【００３２】
本明細書で説明されるように、本発明の実施形態は、抽出部を通って流れる作動流体のパラメータを決定するように制御装置及び圧縮機を作動させることができる。パラメータは、圧力、温度、湿度又は他の物理的特性のうちの少なくとも１つを含む。従って、パラメータを圧力及び／又は温度に限定することを意図するものではない。
【００３３】
図１及び図３に示すように、本発明の実施形態は、抽出部２１０をＧＴ圧縮機２１０、１次燃焼システム１３０又は１次タービンセクション１３５に、或いはこれらの内部に位置付けることができる。この場合、作動流体は、高圧用途に有用なように比較的高い圧力を示すことができる。これらの用途は、限定ではないが、炭素捕捉システム（ＣＣＳ）又は高圧の実質的に無酸素のガスが望ましい他の用途を含むことができる。
【００３４】
図１に関連した上記の検討は、本発明の基本概念を説明している。便宜上、図１で明らかにされたものに対応する構成要素及び要素は、図２〜図４の同じ参照符号で示されているが、各実施形態を理解するのに必要に応じて又は望ましい場合にのみ詳細に検討している。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動する再熱ガスタービンエンジンの簡易概略図である。この第２の実施形態と第１の実施形態との間の主たる差違は、本発明を再熱ガスタービン１０７に対して適用したことである。ここで再熱ガスタービン１０７は、以下の追加の構成要素（図２に示す）、すなわち、２次燃焼システム１４０、２次タービンセクション１４５及び２次燃料導管並びにバルブ２００、２０５それぞれを備える。本発明の一実施形態では、第１の燃料導管１９０及び第２の燃料導管２００は、それぞれの燃焼システム１３０、１４０に異なる燃料を供給することができる。
【００３６】
動作上、この第２の実施形態では、２次燃焼システム１４０は、化学量論システムとして機能することができる。使用時には、本発明の第１及び第２の実施形態は、以下のように動作することができる。酸化剤圧縮機１５５は、加圧された周囲空気を１次燃焼システム１３０に送給し、圧縮機１２０は、加圧された作動流体を１次燃焼システム１３０に送給する。より高い圧力及び／又は流量の周囲空気が必要とされている場合、ブースタ圧縮機１６０を用いることができる。燃料供給部は、ほぼ同時に炭化水素系燃料（天然ガスなど）を１次燃焼システム１３０に送給する。次に、作動流体の一部が抽出部２１０を通って流れることができる。非限定的な実施例では、作動流体の最大１００％が抽出部２１０を通って第三者プロセスに流れることができる。
【００３７】
次に、１次燃焼システム１３０は、これら３つの流体の混合気を燃焼させ、１次タービンセクション１３５と連動する作動流体を生成する。次いで、作動流体は、２次燃焼システム１４０を通って流れることができる。この場合、作動流体は、２次燃料回路２００からの燃料と混合され、２次燃焼プロセスを生じることができる。本発明の実施形態では、第１の燃料導管１９０によって供給される燃料は、第２の燃料導管２００により供給される燃料とは異なることができる。次に、作動流体は、２次タービンセクション１４５と連動し、その後、排気セクション１５０と連動する。次いで、作動流体は、望ましい場合にはＨＲＳＧ１１０に流入することができる。次に、作動流体は、ＥＧＲシステム２４０に流入することができる。ＥＧＲシステム２４０の構成に応じて、作動流体は、熱交換器２４５を通って流れることができ、ここで温度低下が生じることができる。次いで、作動流体は、ＥＧＲ圧縮機２５０及び／又は中間冷却器２６５を通って流れることができる。要素２４５、２５０、２６５は、圧縮機１２０を通って再熱ガスタービン１０７に戻る前に、作動流体の圧力及び／又は温度を調整する役割を果たす。上述のように、図２は、再熱ガスタービン用途を表している。本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態と実質的に同様に動作することができるが、再熱作動が非再熱作動とは異なっている。
【００３８】
本明細書で説明されるように、抽出部２１０のすぐ近隣にある燃焼システム１３０、１４０は、実質的に化学量論的動作モードで作動することができる。
【００３９】
図３は、本発明の第３の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動している標準的ガスタービンの簡易概略図である。この第３の実施形態と第１の実施形態との間の主たる差違は、抽出部２５５の位置であり、ＥＧＲシステム上の最適な位置に位置付けることができる。抽出部２５５は、図１及び図２に関連する実施形態に付随する高圧抽出部２１０に対して、低〜中域の圧力を有することができる。これは、実質的に無酸素のガス及び比較的低〜中圧範囲が望ましい第三者用途に対して望ましいとすることができる。
【００４０】
本明細書で説明されるように、抽出部２１０のすぐ近隣にある燃焼システム１３０、１４０は、実質的に化学量論的動作モードで作動することができる。
【００４１】
図４は、本発明の第４の実施形態を示す、閉サイクルモードで作動する再熱ガスタービンエンジンの簡易概略図である。この第４の実施形態と第３の実施形態との間の主たる差違は、第３の実施形態を再熱ガスタービン１０７に適用したことである。この場合、再熱ガスタービン１０７は、以下の追加の構成要素（図４に示す）、すなわち、２次燃焼システム１４０、２次タービンセクション１４５及び２次燃料導管並びにバルブ２００、２０５それぞれを備える。本発明の一実施形態では、第１の燃料導管１９０及び第２の燃料導管２００は、それぞれの燃焼システム１３０、１４０に異なる燃料を供給することができる。
【００４２】
本明細書で説明されるように、抽出部２１０のすぐ近隣にある燃焼システム１３０、１４０は、実質的に化学量論的動作モードで作動することができる。
【００４３】
動作上、この第４の実施形態では、２次燃焼システム１４０は、化学量論システムとして機能することができる。使用時には、本発明の第３及び第４の実施形態は、以下のように動作することができる。酸化剤圧縮機１５５は、加圧された周囲空気を１次燃焼システム１３０に送給し、ＧＴ圧縮機１２０は、加圧された作動流体を１次燃焼システム１３０に送給する。より高い圧力及び／又は流量の周囲空気が必要とされている場合、ブースタ圧縮機１６０を用いることができる。燃料供給部は、ほぼ同時に炭化水素系燃料（天然ガスなど）を１次燃焼システム１３０に送給する。
【００４４】
次に、１次燃焼システム１３０は、これら３つの流体の混合気を燃焼させ、１次タービンセクション１３５と連動する作動流体を生成する。次いで、作動流体は、排気セクション１５０を通って流れることができる。
【００４５】
図４の再熱実施形態では、作動流体は、１次タービンセクション１３５から２次燃焼システム１４０に流れることができる。この場合、作動流体は、２次燃料回路２００からの燃料と混合され、２次燃焼プロセスを生じる。本発明の実施形態では、第１の燃料導管１９０によって供給される燃料は、第２の燃料導管２００により供給される燃料とは異なることができる。次に、作動流体は、２次タービンセクション１４５と連動し、その後、排気セクション１５０と連動する。
【００４６】
再熱及び非再熱実施形態の両方において、作動流体は、上述のように排気セクション１５０から流出した後に、ＨＲＳＧ１１０に流入することができる。次に、作動流体は、ＥＧＲシステム２４０に流入することができる。ＥＧＲシステム２４０の構成に応じて、作動流体は、熱交換器２４５を通って流れることができ、ここで温度低下が生じることができる。次いで、作動流体は、ＥＧＲ圧縮機２５０（供給された場合）を通って流れることができる。次に、作動流体の一部は、抽出部２５５を通って流れることができる。非限定的な実施例において、作動流体の最大１００％が抽出部２５５を通って第三者プロセスに流れることができる。本発明の一実施形態では、抽出部２５５は、ＥＧＲ圧縮機２５０と中間冷却器２６５との間でそのように構成されたＥＧＲシステム２４０上に配置することができる。要素２５０、２６５は、圧縮機１２０を通ってガスタービン１０５に戻る前に、作動流体の圧力及び／又は温度を調整する役割を果たす。上述のように、図４は、再熱ガスタービン用途を表している。本発明の第４の実施形態は、第３の実施形態と実質的に同様に動作することができるが、再熱作動が異なっている。
【００４７】
本発明の第３及び第４の実施形態は、ＥＧＲ圧縮機２５０と中間冷却器２６５の両方を含むＥＧＲ構成を有する大きな融通性をユーザに提供することができる。最初に、ＥＧＲ圧縮機２５０及びＧＴ圧縮機１２０は、各圧縮機１２０、２５０にわたる圧力比が能動的に変化して抽出部２５５にて所望の圧力を生成するように動作することができる。これにより、ユーザは、第三者プロセスの要求が変化したときに作動流体の圧力を変えることを可能にすることができる。中間冷却器２６５を用いて、ＧＴ圧縮機１２０に流入する作動流体の温度を調整することができる。中間冷却器２６５の使用により、ＧＴ圧縮機１２０の後方端部及び／又は燃焼システムの入口での温度を下げることができる。これは、関連する材料のコスト節減をもたらすことができる。さらに、中間冷却器２６５は、タービンセクションに供給される冷却流体の温度に影響を与え、場合によっては、使用されることが多い冷却流体スキッドの排除を可能にすることができる。
【００４８】
本発明の実施形態はまた、抽出部２１０をどこでガスタービン１０５に接続するべきかに関する融通性をもたらす。一部の接続場所には、限定ではないが、燃焼システム１３０、１４０、１次タービンセクション１３５又は２次タービンセクション１４５を含むことができる。
【００４９】
本発明の実施形態は、単純サイクル構成又は複合サイクル構成の何れのガスタービンにも適用することができる。本明細書での検討は、複合サイクル構成でのガスタービンに基づいているが、本発明を複合サイクル用途に限定することを意図するものではない。本発明の実施形態は、単純サイクル構成でのガスタービン作動に適用することができる。この場合、作動流体は、最終タービンセクション１３５、１４５から排気セクション１５０、次いでＥＧＲシステム２４０を通って流れることができる。この作動は、実質的に無酸素の流体をＧＴ圧縮機１２０の入口１２１に供給し、化学量論的動作を促進することができる。
【００５０】
本明細書では特定の実施形態を図示し且つ説明してきたが、図示した特定の実施形態は、同一の目的を達成するために考えられるあらゆる構成と置き換えることができること、また本発明は他の環境におけるその他の用途も有することを理解されたい。本出願は、本発明のあらゆる改造及び変更を保護することを意図している。提出した特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲を本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを一切意図するものではない。
【００５１】
当業者であれば理解されるように、幾つかの例示的な実施形態に関して上述された多くの様々な特徴及び構成は、本発明の他の実施可能な実施形態を形成するようさらに選択的に適用することができる。本発明の全ての可能な反復を示し又は詳細に論じてはいないが、幾つかの特許請求項又はその他に包含される全ての組合せ及び可能な実施形態は、本出願の一部であることを意図していることを当業者にはさらに理解されたい。加えて、本発明の複数の例示的な実施形態に関する上記の説明から、当業者には、その改善、変更及び修正が明らかであろう。当技術の範囲内のそのような改善、変更及び修正もまた、特許請求の範囲によって保護されることを意図している。さらに、上記のことは、本出願の好ましい実施形態にのみに関連しているが、添付の請求項及びその均等物によって定められる本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる点を理解されたい。
【符号の説明】
【００５２】
１０５  ガスタービン
１１０  熱回収蒸気発生器
１１５  負荷
１２０  ＧＴ圧縮機
１２１  圧縮機入口
１２３  圧縮機出口
１３０  １次燃焼システム
１５５  酸化剤圧縮機
１５７  ａｃ＿入口
１５９  ａｃ＿出口
１６５  空気流導管
２１０  抽出部
２４０  ＥＧＲシステム
【図１】
2013221500.tif 000003
【図２】
2013221500.tif 000004
【図３】
2013221500.tif 000005
【図４】
2013221500.tif 000006